Cloroplasto
Los cloroplastos
son orgánulos celulares que se encuentran en las plantas y algas verdes, y en cianobacterias.
En estos orgánulos son el sitio de los procesos fotosintéticos de los
organismos que los contienen.
Estructura y características moleculares
Imagen adquirida de http://www.asturnatura.com/articulos/organulos-energeticos/cloroplastos-estructura-composicion.php
Los cloroplastos
poseen una membrana exterior de dos capas, y dentro de cada unos de ellos hay
unos cuerpos más pequeño llamados granas, dispuestos como pilas de monedas. Las
granas están formadas por una envoltura llamadas cuantosomas, dentro de las
cuales se encuentra la clorofila, que interviene en la fase luminosa de la
fotosíntesis, entre las granas hay sustancias llamada estroma, que contienen
las enzimas que intervienen en la fase oscura de la fotosíntesis.
La membrana
externa es muy permeable gracias a la presencia de porinas, en mayor medida que
la membrana interna, que contiene proteínas específicas para el transporte. La
cavidad interna llamada estroma, en la que se lleva a caboreacciones de
fijación de CO2, contiene ADN circular bicateriano, ribosomas (de tipo 70S, como las
bacterianos), gránulos de almidón, lípidos y otras sustancias. Pues la cavidad
interna contiene acido de cibunocleico.
Al observar la
estructura de cloroplasto y compararlo con la mitocondria, se nota que esta
tiene dos sistemas de membranas, delimitando un comportamiento interno (matriz)
y otro externo, el espacio perimiticondrial, mientras que el cloroplasto tiene
tres membranas que forman tres compartimientos: el espacio intermembranario, el
estroma y el espacio
intratilacoidal.(Austin et al. 2006. Plastoglobules
are lipoprotein subcompartmently couple to thylacoid membranes and contain
biosynthetic enzyme.
Genoma del cloroplasto
Los cloroplastos
tienen su propio genoma al que denominamos ADNcp (cpDNA).
La estructura del
genoma del cloroplasto es similar al mitocondrial. Aquí también el ADN tiene
forma circular, está constituido por una doble hebra supercontraída y no
existen proteinas como es el caso de las histonas de los cromosomas nucleares.
Muchas veces existe una gran diferencia en el contenido de guanina-citosina del
ADNcp en relación tanto al DNA nuclear como al ADNmt, lo que permite separar el
ADNcp en un gradiente de cloruro de cesio. El ADNcp es una molécula más grande
que el DNAmt de los animales, con un tamaño que varía entre 80 y 600 kb. Por
ejemplo, el ADNcp del arroz contiene 155.844 pares de bases. Todos los genomas
del cloroplasto que se conocen hasta ahora tienen una proporción muy alta de
secuencias de ADN que no codifican ningún producto. El número de copias del
ADNcp en cada cloroplasto es variable, pero siempre hay varias copias por cada
cloroplasto y estas copias se distribuyen en grupos que forman nucleoides. La
organización de los genes en el ADNcp. El genoma cloroplástico contiene los
genes para producir cada uno de los ARNr de los ribosomas típicos del cloroplasto
(16S, 23S, 4,5S y 5S). También contiene genes para los ARNt, y genes
quecodifican algunas (pero no todas) las proteínas requeridas en los procesos
de transcripción y traducción dentro del cloroplasto (como ser las proteínas de
los ribosomas, las subunidades de la ARN polimerasa y los factores de
traducción), o requeridas para la fotosíntesis. Algunos, aunque no todos los
genes que codifican proteínas en el ADNcp transcriben intrones. Algunas de las
proteínas con funciones dentro del cloroplasto son codificadas en el DNA
nuclear y sintetizadas en el citoplasma y luego ingresadas al cloroplasto. En
la Figura 2 se esquematiza la organización de los genes en el ADNcp.
La fotosíntesis: es un proceso que convierte
energía solar en energía química. La fotosíntesis se lleva a cabo en los
cloroplastos, organelos de membrana doble que contienen pigmentos
fotosintéticos que absorben la luz solar. La membrana interior del cloroplasto
rodea el estroma, donde lostilacoides se agrupan formando granas. La fotosíntesis
produce glucosa y oxígeno a partir de bióxido de carbono, agua y luz solar.
Proceso de fotosíntesis
El proceso de la
fotosíntesis ocurre en dos fases: la fase fotónica o lumínica o la fase
afotónica o de oscuridad.
Fase lumínica: Los hechos que ocurren en la fase
luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos:
Parte 1: la fotólisis
Cuantos de luz
llevan un electrón del fotosistema II (clorofila P680) a un nivel de energía
más alto, quien al caer de nuevo recorre el camino de la fotofosforilación
acíclica y no regresa a la clorofila. Esa clorofila lo repone de una molécula
de agua, que es partida en el proceso (dos electrones por molécula de agua, por
ello doble reacción).
Resultado:
Se libera el
oxígeno; Iones de hidrógeno H+ se unen luego a las moléculas transportadoras de
hidrógeno NADP, vea fotofosforilación acíclica
Parte 2: fotofosforilación.
Fotofosforilación cíclica: Un electrón del
fotosistema I (clorofila P700) se eleva a un mayor nivel de energía y durante
la caída al nivel bajo de energía en la misma clorofila se forman dos moléculas
de ATP.
Resultado: Formación de 2 x ATP.
Los pigmentos
presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en
fotosistemas o cuantosomas (conjuntos funcionales formados por más de 200
moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de
antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana o clorofila
a" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que
irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la
energía.
Existen dos tipos de fotosistemas:
El fotosistema I (FSI), está asociado a
moléculas de clorofila que absorben a longitudes de ondas largas (700 nm) y se
conoce como P700.
El fotosistema
II (FSII),
está asociado a moléculas de clorofila que absorben a 680 nm. Por eso se
denomina P680.La luz es recibida en el FSII por la clorofila P680 que se oxida
al liberar un electrón que asciende a un nivel superior de energía; ese
electrón es recogido por una sustancia aceptora de electrones que se reduce, la
Plastoquinona (PQ).
Fase oscura: Con las sustancias de la fase luminosa
(ATP, hidrógeno en el NADPH) y 6 moléculas de CO2 se forma por medio de un
complicado ciclo metabólico (Ciclo Calvin-Benson) una molécula de glucosa (y
además se forma agua).Se va a utilizar la energía química obtenida en la fase
luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H,
y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias. Las
plantas obtiene el CO2 del aire a través de las estomas de sus hojas. El
proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin.,
en honor de su descubridor M. Calvin.
imagen tomada de: http://quimica.laguia2000.com/
La fijación del CO2 se produce en tres fases:
1. Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de
5C, la ribulosa 1,5 bifosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se
divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las
siglas de PGA
2. Reductiva: El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a
gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH.
3. Regenerativa/Sintética: Las moléculas de
gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis
moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 bifosfato y hacer
que el ciclo de Calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar
moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc;
y en general todas las moléculas que necesita la célula.
Plantas
C3 y Plantas C4:
En algunas plantas existe una vía alternativa para la
incorporación de CO2, que fue delineada claramente por M.D. Hatch y C.R. Slack.
Estas plantas tienen una alta eficiencia en la captación de CO2, requieren
relativamente menos agua y presentan una temperatura óptima para la
fotosíntesis más alta (clima tropical y subtropical).
La ruta metabólica C3 seencuentra en los organismos
fotosintéticoscomo las cianobacterias, algas verdes y en lamayoría de las
plantas vasculares.Es el metabolismo más común entre las plantas.
Anatómicamente, el mesófilo está diferenciado en esponjoso y en empalizada. Este
tipo de planta fija el CO2 realizando el ciclo de Calvin, catalizado por la enzima
Rubisco. Existe un proceso respiratorio no mitocondrial que consume O2 y
produce CO2 estimulado por la luz, conocido como fotorrespiración. Cobra
importancia en las plantas C3 porque disminuye la capacidad fotosintética: la
velocidad de la fotosíntesis neta decae al fijarse menos carbono con el mismo
gasto de agua. Además para compensar la pérdida de CO2 se tiende a una apertura
estomática. Todo esto conlleva a una menor EUA.
Plantas C4
Su nombre se basa
en la formación de compuestos ácidos de cuatro carbonos el ácido oxalacético,
por la unión de CO2 al ácido fosfoenolpirúvico (PEP) de tres carbonos. Al igual
que la carboxilasa del RuBp cataliza la carboxilación (fijación de CO2) del
RuBp, una carboxilasa del PEP cataliza la incorporación de CO2 al PEP.
Esta vía alternativa ( C4) se realiza en
plantas que presentan algunas diferencias anatómicas en la hoja (ej: sorgo,
maíz, caña de azúcar, etc.):
1. En la cara
superior e inferior las células epidérmicas presentan estomas.
2. Los
cloroplastos tienen una morfología algo diferente.
3. En la zona del
mesófilo de la hoja, los haces vasculares se encuentran rodeados por un grupo
de células que conforman una vaina.
Plantas de metabolismo fotosintético CAM
Estas plantas
carecen de una capa de células de empalizada bien definida. El metabolismo CAM
difiere del C4 en que los procesos fotosintéticos muestran una separación
temporal en vez de física. Constan de una fase en la que los estomas se abren durante
la noche entrando CO2 y saliendo agua. El CO2 será transformado en malato por
la PEP. En la fase diurna, encontramos los estomas cerrados y la reserva de
malato producida por la noche se transforma en CO2 que permite el inicio del ciclo
de Calvin.
Las CAM al
dividir el metabolismo en noche y día reducen la pérdida de agua. El flujo de
salida de agua es en función de la humedad exterior. Por el día, cuando más
seco está el aire, hay menor humedad relativa, mayor será la difusión de agua
por transpiración. Por este motivo los estomas se mantienen cerrados y solo se
abren por la noche, cuando la humedad es significativamente mayor. Esta es también
otra variante del proceso de fijación de CO2, en el que se mantiene una EUA
mayor por la conservación del agua, pero conlleva una menor productividad que
afecta al crecimiento.
El MAC se
encuentra presente en algunos géneros de las Bromeliaceae( piña, barba de
palo), Agavaceae (sisal), Orchidaceae, Cactaceae, Compositae, Amaryllidaceae,
Euphorbiaceae y por supuesto en la familia Crassulaceae. Hasta ahora se conocen
más de 28 familias con plantas MAC, entre las monocotiledóneas y dicotiledóneas.
Las plantas con
MAC habitan en regiones áridas y seca, donde el factor limitante es el agua,
por lo que han desarrollado un mecanismo adaptativo, que les ofrece una ventaja
ecológica, como es el cierre de los estomas de día y su apertura nocturna.
No hay comentarios:
Publicar un comentario